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山东半岛中尺度强降雪过程的动力学特征分析

林曲凤  
【摘要】:本文利用常规的高空、地面观测资料及地面非常规的天气加密观测资料以及MM5V3.6中尺度数值模式系统的模拟结果,对2003年1月山东半岛北部地区发生的一次中尺度暴雪过程进行了动力学的特征分析。此次暴雪过程是1992~2003年12年间发生的第5次中雪以上量级的降雪过程,降雪范围小,是一次典型的中尺度雪暴过程。根据资料诊断及数值模拟结果分析,本文得到以下主要见解和结论: 1)天气学分析发现,此次过程发生在冷空气强度足够强的有利的大尺度环流形势下,高空东北-西南向的脊有利于横槽携带小股冷空气南下,脊前东北冷涡不断增强,位置稳定。中、低层有较强的冷平流不断影响到半岛地区,使半岛的气温持续下降。由于半岛所处的地理位置非常特殊,其北部为相对暖湿的黄、渤海海面,另外,整个半岛为丘陵地形,在37.2°N附近有5处海拔高度在500m以上山脉(统称莱山山脉)。强冷空气经过海面的热力作用和半岛地形的动力抬升作用,造成山脉以北降雪强度的大大增强: ①海面的热力作用 冬季,渤海及其临域为相对稳定持久的热源,强冷空气爆发南下经过半岛北部海面时,形成较大的海气温差,必然有较多的感热和水汽输送。在强的偏北风吹送下,使感热交换加快,低层空气出现增温增湿,低层大气层结出现不稳定状态。本次过程增湿现象明显,但未出现明显的增温现象,冷空气刚下来时大气为条件性不稳定性层结。同时,海面对冷空气的加热过程就是对其热力强迫抬升的过程。 ②半岛地形的动力抬升作用 大尺度的冷锋(或中尺度的副冷锋)受莱山山脉阻挡以及下垫面的摩擦而移速减慢,并在半岛北部沿海和海面发生气旋式弯曲,造成近地面层风速、风向的辐合。当空气接近饱和时,地形的作用容易造成汽块的整体抬升,凝结潜热释放,降水增强。 2)加密实况资料的诊断分析并结合数值模拟分析得知: ①冷空气影响期间,半岛北部存在较持久的辐合上升运动区;边界层低层水汽含量随时间是增加的,相对湿度加大,空气逐渐接近饱和。相对湿度的增加使抬升凝结高度逐渐降低,低于菜山山脉的高度,山脉北部的降雪也随之大大增强。 ②用C盯进行诊断分析发现,T]nP图上开始表现为条件性不稳定层结,由于低 层湿度条件的增加,变成近地面层的弱的条件性对称不稳定层结,冷锋产生的带 状降雪区与饱和空气中这种弱的对称不稳定区走向大体平仃。对称不稳定进而发 展成边界层低层的对流不稳定,对流层位于边界层中,薄而低,称为”浅对流“。 ③从半岛北部沿海的温、压、风度场配置来看,此次过程有明显的海岸锋的锋生。 海岸锋与大尺度的锋相叠加,造成半岛北部锋面的斜压性增强,锋面的动力抬升 作用也相应增强。 3)卫星云图上分析发现,冷流低云与地面风场和气压场一致,表现出明显 的气旋式弯曲,从云和降水的时间尺度和空间尺度判断,为中一p尺度系统影响 造成的。由于降雪过程中出现的“降水截断”现象通过.h述分析无法解释,进一步 采用高分辨率的数值模拟进行诊断分析,发现了边界层低层的中尺度惯性重力波 特征。研究发现:重力波是在大尺度风场较强的垂直风切变和非地转的海岸锋发 生地转调整而激发的,波的振幅较小且扰动仅在边界层比较明显,在垂直方向l. 扰动并未发展起来,是由于中性和条件性不稳定的大气层结造成了此小振幅重力 波的波导,有效地拦截了重力波能量的垂直传播。 总之,半岛北部暖海区与半岛特殊的丘陵地形对水汽的积累和局地辐合的增 强起巨大的作用。由于惯性重力波的作用,触发了对称不稳定能量的释放,从而 使弱的对称不稳定转变成弱的对流不稳定,造成降雪云的增厚和增强Q强降雪主 要是由弱对称不稳定条件下锋生强迫、地形的动力强迫以及海面的热力强迫所 致,中尺度海岸锋及惯性重力波的存在起到了触发并增加局地降雪的作用。


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